祝庆绩

(中国石化胜利石油管理局有限公司 培训中心,山东 东营 257000)

油藏地质剖面是区带评价和目标论证的重要基础图件。在论证会报告中,少则10幅,多则20～30幅。目前引进的地质制图软件比较多,例如GeoFrame中的GeoLog模块、卡奔、DGR3000等[1]。但每个软件成图都需要繁杂的基础数据准备,完成一幅图件需要近一周的时间,占用了大量的时间和精力。在勘探决策系统和勘探信息集成系统中,已经实现单井综合录井图和测井图形的绘制,但是没有在单井井筒图形基础上实现油藏地质剖面图形的绘制[2]。而研究人员往往将单井数据下载下来,再导入其他软件中进行手工的连井对比分析。这样不仅影响地质研究工作的效率,也无法利用现有成果,因此有必要进行油藏地质剖面绘制支持技术研究。目前研究人员迫切希望研制一套油藏地质剖面图形绘制软件,直接从数据中心提取原始数据,通过数据整合和集成,实现油藏地质剖面的自动连线和交互编辑绘制,实现从数据到自动作图的一体化软件环境。

1 勘探业务数据集成与整合

1.1 地质剖面数据服务

研究对勘探数据库各个项目库的数据应用提供一个统一的数据提取平台,使源头的数据能够应用到目前生产业务模块中,直接为生产应用提供支持。根据整理出来的业务模型,建立针对数据访问的对象模型并统一在元数据中存储,在这套元数据中,按照业务逻辑,从生产流程、构造、项目三个角度对数据进行索引和整理,通过对这些数据元素的对象化,在数据服务中间件中,以WCF的方式提供用户对象化数据存取模块,为数据的专业化应用奠定基础。

根据特有的应用需求,定制开发专门的数据服务,如查询当前的正钻井、完钻井等需求,或者针对井筒剖面、井身结构等特定需求,返回DataTable或DataSet。

针对业务数据服务,提供两种方式:

(1)查询一种数据,返回DataTable。如平台中的井数据服务、圈闭数据服务。数据应用中,获取数据是分布式的,不同的操作或者步骤获取不用的数据。

(2)查询多种数据,返回DataSet。如平台中的井筒数据服务、井身数据服务。在井筒、井身等图形绘制时,大多数数据需要利用图形进行绘图展示,因此需要一次性提供多种数据。

针对探井的各类成果数据,包块以下几种数据服务:

①Well/WellHead,查询井头基本数据。

②Well/WellName,查询井号名称数据。

③Well/DrillingWell?area={area}&date={date},根据区域和日期条件查询正钻井数据。

④Well/DrilledWell?area={area}&days={days},根据区域和日期条件查询已完钻井数据。

⑤Well/TestingWell?area={area}&date={date},根据区域和日期条件查询正试井数据。

⑥Well/TestedWell?area={area}&days={days},根据区域和日期条件查询老井试油数据。

⑦WellHole/DataSet?wellName={wellName},根据井号查询井筒的多类数据。

⑧WellHole/LoggingMap?wellName={wellName},根据井号查询测井图件数据。

⑨WellHole/LoggingCurve?wellName={wellName}&curveName={curveName},根据井号和测井曲线名称查询测井曲线数据。

⑩WellHole/LoggingMapCurve?wellName={wellName}&mapID={mapID},根据井号和图件ID号查询测井图件曲线数据。

1.2 测井曲线编辑

在油田勘探中,测井实施过程会因为测井目的的不同而进行多次施工,每次施工过程中的目的井段、施工环境、测量仪器等都不完全相同,因此得到的数据也不完全统一。

目前勘探数据库中测井数据是依照测井蓝图为索引进行存储的[3]。因此在EIS、勘探决策系统的井曲线显示中,会将一种曲线的多个数据同时显示给研究人员。这样的话,研究人员就需要面对多条曲线进行选择使用,有时需要将不同深度段的曲线进行拼接,有时需要进行曲线的重新采样。专业解释软件中对这些功能有所实现,但是不管从便捷性角度,还是从向专业解释软件靠拢的角度,都需要将这部分功能进行研究并改进。

1.2.1 曲线振幅值加权编辑

针对曲线同深度段不同振幅值的情况,为用户提供了曲线“漂移”的工具,在不改变数据库数据的情况下允许用户对振幅进行整体的数值加权运算得到自己需要的数据。针对测井数据中存在的野值现象,实现用户自定义去除功能。

1.2.2 曲线的重采样

曲线的重采样是研究重点和难点,因为涉及到各种插值算法的研究和对算法的编程实现研究。曲线重采样的实质是插值,要满足以下3个条件:①插值曲线要过已知点;②重采样后的曲线要保持原有曲线的形状;③采样后的曲线形态要光滑,即点列上具有连续的一阶导数或二阶导数。

对常用的两种插值法进行对比分析，最终确定适合测井曲线重新采样的插值算法。

(1)Akima光滑插值算法。给定n个节点以及其函数值,用阿克玛(Akima)方法计算指定子区间上的三次插值多项式与指定插值点t处的函数逼近值(Akima分段三次多项式插值),其原理是要求在每两个数据点之间建立一个三次多项式曲线方程,并要求整条曲线上具备有连续的一阶导数以保证曲线的光滑性。

Akima分段三次多项式的含义是在每 2 个数据点之间建立 1 个三次多项式曲线方程, 要求整条曲线上具有连续的一阶导数以保证曲线的光滑性。设给定的n个不等距样点为(xk,yk)(k=0,1,…,n-1),x0

则在此区间上可惟一确定1个三次多项式,如公式:

s(x)=c0+c1(x-xk)+c2(x-xk)2+c3(x-xk)3.

(1)

由此式可以计算该子区间中的插值点x(x∈[xk,xk+1])。

(2)三次样条插值算法。三次样条插值原理是对于n+1个给定点的数据集{xi},我们可以用n段三次多项式在数据点之间构建一个三次样条。如果

(2)

表示对函数f进行插值的样条函数,那么需要

插值特性:

S(xi)=f(xi).

(3)

样条相互连接:

Si-1(xi)=Si(xi),i=1,…,n-1.

(4)

两次连续可导:

i=1,…,n-1.

(5)

由于每个三次多项式需要4个条件才能确定曲线形状,所以对于组成S的n个三次多项式来说,这就意味着需要4n个条件才能确定这些多项式。但是,插值特性只给出了n+1个条件,内部数据点给出n+1-2=n-1个条件,总计是4n-2个条件,还需要另外2个条件,根据不同因素使用不同条件。

其中一项选择条件可以得到给定u与v的钳位三次样条,

S′(x0)=u.

(6)

S′(xk)=v.

(7)

另外,可以设

S″ (x0)=S″ (xn)=0.

(8)

最终得到自然三次样条。

1.2.3 两种插值的效果对比

(1)插值效率上两者没有明显的差异,其中Akima算法采用了5点插值,而三次样条曲线采用了全局插值。

(2)与原始曲线的数值对比。在已知点的数值与原始曲线是一致的,这也与设计思路中的过点插值是一致的。在未知点上的插值中,两者有一定的差异性,但是基本没有偏离曲线的基本轨迹。

(3)两种算法的优劣对比。样条曲线差值算法更加接近曲线的原始形态。

2 油藏地质剖面绘制技术

2.1 井筒绘制

在基础图形框架下开发井筒编绘工具,数据来源采用数据服务从勘探数据库中获取的井相关数据(如地层分层、测井曲线、岩性数据、解释数据、试油数据等),依照井筒模板(XML)自动绘制并采用油田符号库填充,其绘制流程(图1)效果及详细算法、计算原理、处理过程为

(1)计算图幅比例尺。比例尺与设计井深、图纸深度(mm)间的转换公式为比例尺=设计井深/图纸深度*1 000。

(2)根据用户在参数界面输入的各种绘图参数,绘制初始的设计指示书模板。在深度列绘制刻度尺,为用户人机交互添加地层柱子做深度参考。

(3)为了实现设计过程的灵活性,本功能提供了完善的交互式绘制工具。通过参数传递,将用户设定的不同数值作为绘制柱子的起点和终点,提供常用岩性花纹的定制功能,从数据库字典表中获取所有岩性符号,通过用户设定的岩性符号填充地层柱子。

图1 井筒绘制流程

2.2 层位连线及编辑技术

地层是连井剖面中的一个重要的类,包括地层名称、前井、后井、上覆地层、下伏地层等基本属性[4]。方法包括按名称左连接、按名称右连接、按名称全连接以及手动连接及尖灭(图2)。

图2 地层连线设计方案

地层连线以后,可以在连线上加点、删除点、移动点,实现地层连线形态编辑。地层连线填充颜色标准采用的是胜利油田地质剖面图地层单元充填颜色标准,并可以进行岩性符号填充,符号库采用的是油田岩性符号库。

拉平处理包括井段顶对齐、井段底对齐、层位顶对齐、层位底对齐,井段顶对齐和井段底对齐,计算各井筒的边界,以第一口井的边界为标准,计算其他井与第一口井边界的差值,对井筒进行平移变换。层位对齐则是以选中的层位边界为标准,计算其他井筒中相同年代的边界,以边界差值为平移距离,对井筒进行平移变换。

2.3 断层添加与编辑技术

(1)断层添加。断层主要作用于地层剖面类以及综合解释剖面类,根据其左右断距的大小,将地层及解释层切割后沿着断层线挪动相应距离。因此对断层的要求为以线对象为主体,有左断距、右断距等属性,同时具备相应的方法,对地层类对象进行分割。实施方案为:①构建断层类属性,主体为线对象,同时具有左断距、右断距等;②构建断层类方法,如切割区、移动、删除等;③建立与断层相关的交互响应体系,分为鼠标点击操作、鼠标移动操作、键盘操作。

(2)移动断层。每挪动一次断层,将原断层删除,并生成新断层。实施方案:判断断层状态,若发生改变,则根据“交点”图层中的记录,将该断层先前切割的地层还原到原始状态;挪动后的断层线生成新的断层对象从新与剖面地层进行求交、切割等过程。

(3)删除断层。不仅删除断层对象,同时也需要将被断层切割的地层还原。实施方案:调用删除函数,删除选中的对象;判断删除对象是否为断层对象,若是断层,则将“交点”图层中与该断层相应的交点记录同时删除,并根据该纪录,将被该断层剪切的地层还原。

3 结 论

(1)通过研究油藏地质剖面绘制方法,综合油田数据中心各类井筒数据及地震、层位、断层等数据,并研究图形交互编辑绘制技术,最终设计并开发生成油藏地质剖面图的绘制功能模块,解决勘探决策系统和勘探信息集成应用系统只有单井井筒图形显示的问题,实现从油田数据中心提取原始数据、成图、对比分析,在图形基础上进行统计、实现从数据到自动作图的一体化软件环境。

(2)通过油藏地质剖面绘制系统,可以以图形化的方式查询到与井相关的所有信息。所有能够用图形去表达的数据,都能在本系统上表现出来。适用于勘探研究、决策、应用等各个领域。油藏地质剖面绘制是科研和生产管理的工具,是地质工程师进行随钻工程的有效工具,也是地质工程师进行探井分析、评价井研究和开发井解释的有效工具,是地质工程师开发研究新方法的有效工具。